Hyperlens 통합 현미경 및 슈퍼 해상도 영상

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Summary

hyperlens 사용 하 여 실시간 영상 및 기존의 광학의 간단한 구현에 그것의 장점으로 인해 새로운 슈퍼 해상도 이미징 기술로 간주 되었다. 여기, 우리 제조 설명 및 이미징 구형 hyperlens의 응용 프로그램 프로토콜을 제시.

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Lee, D., Kim, M., So, S., Kim, I., Yoon, G., Kim, K., Rho, J. Demonstration of a Hyperlens-integrated Microscope and Super-resolution Imaging. J. Vis. Exp. (127), e55968, doi:10.3791/55968 (2017).

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Abstract

기존의 현미경의 회절 한계를 극복 하기 위해 이미징 슈퍼 해상도 사용 하 여 생물학과 나노기술 연구자의 관심을 모으고 있다. 근처-필드 스캐닝 현미경 검사 법 및 superlenses 근처-필드 지역에서 해상도 향상, 실시간으로 멀리 필드 이미징 중요 한도 전에 남아 있다. 최근, 확대 하 고 사라져 파도 파도 전파 변환, hyperlens, 멀리 필드 이미징에 대 한 새로운 접근으로 떠오르고 있다. 여기, 우리는 구형 hyperlens 실버 (Ag) 그리고 티타늄 산화물 (티 오2) 얇은 레이어 구성의 제작 보고. 기존 원통형 hyperlens와는 달리 구형 hyperlens 2 차원 확대 수 있습니다. 따라서, 전통적인 현미경 검사 법으로 간단 합니다. 실시간으로 멀리 필드 지역에서 얻을 수 하위 파장 이미지에 대 한 수는 hyperlens와 통합 하는 새로운 광학 시스템은 제안 된다. 이 연구에서는 제조와 이미징 설치 방법을 자세히 설명 합니다. 이 작품 또한 접근성 및 hyperlens의 가능성 뿐만 아니라 살아있는 세포, 생물학과 나노기술 혁명으로 이어질 수 있는 실시간 이미징의 실용적인 응용 프로그램을 설명 합니다.

Introduction

살아있는 세포에 생체를 관찰 하고자 하는 현미경 검사 법의 발명품에 지도 하 고 현미경의 출현 지난 몇 세기 동안 다양 한 분야, 생물학, 병리학, 그리고 재료 과학, 혁명 전파. 그러나, 더 발전 연구의 제한에 대해 기존의 현미경의 해상도 회절에 의해 제한 되었습니다는 파장1의 절반. 따라서, 회절 한계를 극복 하기 위해 이미징 슈퍼 해상도 최근 수십 년간에서 흥미로운 연구 영역을 되었습니다.

회절 제한 됩니다 개체에 하위 파장 정보를 포함 하는 사라져 파도의 손실에으로, 멀리 퇴색에서 사라져 파도 유지 하거나 그들을 복구2,3초기 연구 실시 되었습니다. 회절 한계를 극복 하기 위한 근처-필드 전에 방탕된2개체에 가까운 근접에서 사라져 필드 수집 광학 현미경 검사와 함께 처음으로 알려졌다. 그러나, 전체 이미지 영역을 스캔 하 고 그것을 재구성 시간이 오래 걸립니다, 그것은 실시간 영상에 적용할 수 없습니다. "superlens," 사라져 파도 증폭을 기반으로 다른 접근을 제공 하지만 실시간 이미징의 가능성, 서브 파장 근처-필드 지역에서 수만 영상과 개체4, 보다 훨씬 도달할 수 없는 5 , 6 , 7.

최근에 hyperlens 실시간 멀리 필드 광학 이미징8,9,10,,1112에 대 한 새로운 접근으로 떠오르고 있다. 높은 이방성 하이퍼볼릭 분모가13이루어집니다, hyperlens 같은 위상 속도와 높은 공간 정보 지원 되도록 평면 하이퍼볼릭 분산을 전시 한다. 또한, 운동량 보존 법칙 때문 높은 가로 wavevector 점차 압축 파도 원통형 형상을 통해 간다. 따라서이 확대 정보 멀리 필드 지역에서 기존의 현미경에 의해 감지할 수 있습니다. 이건 실시간 멀리 필드 이미징, 특정 중요성의 모든 포인트 스캔 또는 이미지 재건을 필요로 하지 않습니다. 또한, 이미징, 나노리를 포함 하 여 다른 응용 프로그램에서 hyperlens는 사용할 수 있습니다. 반대 방향에서 hyperlens를 통과 하는 빛 시간 역 분개 대칭14,,1516인 하위 회절 영역에 초점을 맞춘 것입니다.

여기, 우리는 확대 표시 주파수에서 2 차원 정보를 구형 hyperlens에 보고 합니다. 기존 원통형 형상을 달리 구형 hyperlens 이미징 실용화 촉진 두 옆 차원에서 개체를 확대 합니다. 제조 방법 및 이미징 설치는 hyperlens와 함께 높은 품질 hyperlens의 재생산에 대 한 세부 사항에 선물 된다. 하위 파장 개체의 슈퍼 해결 능력 증명을 위해 hyperlens에 새겨져 있다. 그것은 hyperlens에 의해 새겨진된 개체의 작은 기능 확대는 확인 된다. 따라서, 명확 하 게 해결된 이미지 실시간으로 멀리 필드 지역에서 얻을 수 있습니다. 이 신형 구형 hyperlens, 전통적인 현미경 검사 법, 통합의 용이성과 생물학, 병리학, 그리고 일반 nanoscience에서 새로운 시대의 새벽에 이르는 실용적인 이미징 응용 프로그램의 가능성을 제공 합니다.

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Protocol

1. 기판 준비

  1. 얻기 매우 정제 된 석 영 웨이퍼. 보고는 제조에 대 한 여기, 500 µ m 두께 웨이퍼를 사용.
  2. 스핀 코트 2000 rpm 및 빵 60에 대 한 긍정적인 감광 제와 석 영 웨이퍼 s 90 ° c.
    참고: 긍정적인 감광 레이어 후속 가공 단계에서 손상을 방지 하기 위해 코팅입니다.
  3. Dicing 기계를 사용 하 여 크기가 작은 조각 20 x 20 m m 2으로 포토 레지스트와 웨이퍼 절단.
  4. 가공 단계에서 발생 하는 미 립 자 제거 압축된 질소 총을 사용 하 여 불어.
  5. 드 이온된 (DI) 수 45에서 5 분 동안에 초음파 목욕에 배치 ° C. 제거 45에서 5 분 동안 아세톤에는 초음파 목욕을 사용 하 여 감광 레이어 ° C. 청소 2 개의 초음파 목욕, 아세톤과 이소프로필 알코올, 각각에서 5 분을 사용 하 여 기판 45 ° c.
  6. 압축된 질소 총 기판 건조.

2. 마스크 패턴을 에칭

  1. 부하는 깨끗 한 석 영 기판에 높은 진공 전자 빔 증발 시스템. 기판 회전을 사용할 수 있는지 확인 하십시오.
  2. 예금 2의 증 착 속도와 크롬 레이어 Å/s의
    참고: 레이어 적어도 100 nm 두께 에칭 마스크 증 착에서 만든 핀 홀 방지를 위해 입금 해야 합니다.
  3. 버튼을 눌러 환기를 챔버 환기 및 집중 된 이온 빔 (FIB) 소유자 구리 테이프 실시를 사용 하 여 샘플을 탑재.
  4. 거짓말 챔버로 거짓말 홀더 로드.
  5. 챔버 문 닫고 철수 챔버를 펌프 단추를 누릅니다.
  6. 선택 "에 빔 " 빔 제어 탭 및 설정에서 이온 빔 전류 (7.7 pA) 및 가속 전압 (30 kV) 거짓말 모드.
  7. 이온 빔 시스템을 켭니다.
  8. 선택 "에 빔 " 전자 빔에 설정 하 고 소프트웨어를 사용 하 여 낮은 확대와 함께 이미지를 초점 빔 제어 탭.
  9. 4mm 스캐닝 전자 현미경 (SEM) 모드에서 탐색 탭 작동 거리 (WD) 설정.
  10. 52 ° 소유자의 기울기 각도 설정 하 고 구멍 배열 마스크 패턴 제작 전에 다른 확대 SEM 이미지를.
  11. 패턴 탭을 모방 하는 지역을 선택 하 고 50 nm 구멍 배열 크롬 레이어에.
    참고: 간단한 패턴 도구 패턴 탭에서 액세스할 수 있습니다. 더 복잡 한 형상 및 노출 컨트롤 비트맵을 가져오거나 생성 하는 스크립트에 의해 달성 될 수 있다.
  12. 마친 후, 전자 빔, 이온 빔 시스템을 해제 하 고 시스템을 진정.
  13. 환기 버튼 누르고 질소 가스 챔버를 환기. 챔버는 홀더를 꺼내.
  14. 챔버 문 닫고 펌프 버튼을 눌러 챔버 철수.

3. 습식 에칭 프로세스 및 제거 마스크 레이어의

  1. 넣어 1시 10분으로 패턴화 된 기판 버퍼링 5 분에 대 한 산화 현상
    참고: 석 영 선택적으로 그리고 isotropically 습식 에칭은 현상에 의해 이며 둥근 모양을 형성 합니다. 렌즈의 모양 에칭 마스크 얻어질 수 있다 그리고 직경은 정확 하 게 에칭 시간에 의해 제어 됩니다. 더 둥근 모양 작은 패턴 직경으로 형성 될 수 있습니다. 1.5 µ m 직경 반구는 5 분 안에 얻어질 수 있다
  2. 버퍼링 된 산화 현상 (5 분, 두 번)을 청소 디 물에 넣어 패턴화 된 기판.
    참고: 버퍼링 된 산화 현상 위험할 수 있습니다,이 현상을 사용 하 여 때 조심 해야.
  3. 건조 압축된 질소 가스 샘플.
  4. 크롬 마스크 레이어를 제거 하는 CR-7 크롬 현상으로 패턴화 된 기판 넣어.
    참고: 크롬 층을 제거한 후 구형 패턴화 된 기판 1.5 µ m 직경에서 얻어질 수 있다.
  5. 패턴화 된 기판 (5 분) 청소 디 물에 넣어.

4. 멀티 레이어 증 착 및 나노 크기의 개체 비문

참고: 레이어의 쌍 구형 석 영 기판에 입금 됩니다. 여기, Ag와 티 오 2 착 자료로 사용 됩니다. Ag와 티 오 2는 15의 두께 또는 입금 nm.

  1. 전자 빔 증발 시스템의 환기 버튼 누르고 환기 이상 될 때까지 기다립니다.
  2. 환기 후 높은 진공 전자 빔 증발 시스템으로 패턴화 된 기판 로드.
  3. 챔버 문 닫고 펌프 버튼을 누르면 10 -7 Torr의 진공도를 챔버 철수.
    참고: 진공 상태에서 10 -7 Torr 표면 거칠기에서 산란을 줄이기 위해 보관 해야 합니다.
  4. Ag 레이어 1의 성장 율을 가진 예금 Å / s 및 보증금 15 nm 두꺼운 Ag 레이어.
  5. 5 분에 대 한 기판 진정 Ag 층의 증 착 후
  6. 다른 도가니를 선택 하 여 전자 빔 증발 시스템의 주머니를 변경 하 고 예금 성장률 1 Å/s의 예금의 티 오 2 레이어 15 nm 두꺼운 티 오 2 층.
    참고: 증 착 하는 동안 영화 성장 율은 유지 표면 거칠기 균일성을 유지 하기 위해 낮은.
  7. 티 오 2 층의 증 착 후 5 분에 대 한 기판 진정
  8. 반복 단계 4.4 4.7 Ag와 티 오 2의 다층 입금 하는 사이클의 수만.
    참고:이 시점에서, hyperlens 제조가 끝났습니다. 다음 단계는 hyperlens 이미징 능력을 테스트 하기 위한 임의의 하위 diffraction 제한 기능을 만들기 위한 것입니다. 나노미터 크기의 금속 및 슬릿 새겨 거짓말 밀링 여.
  9. 전자 빔 증발 시스템의 주머니를 변경 하 고 50의 두께에 크롬 레이어를 입금 nm.
  10. Cr 층의 증 착 후 전자 빔 증발 시스템 해제. 환기 버튼을 누르고 질소 가스를 도입 하 여 챔버 환기.
  11. 는 환기 후 챔버 문 열고 챔버 마운트 홀더를 꺼내. 조작된 hyperlens 장치 스트립.
  12. 챔버 문 닫고 펌프 버튼을 눌러 챔버 철수.
  13. 밀링 시스템 거짓말에 크롬 입금 hyperlens를 탑재 하 고 패턴 제조 업체 당 나노 크기의 구조, ' s 지침.

5. 설정을 이미징 시스템 및 이미징 절차

광학 테이블에
  1. 장소는 기존의 전송 형 광학 현미경.
    참고: 여기, 거꾸로 광학 현미경 본체로 사용 되었다.
  2. 어댑터를 사용 하 여 현미경 조명 경로에 백색 광원을 연결.
  3. 장소 가운데 410에 광 대역 통과 필터 nm.
    참고: 대역 통과 필터; 빛의 특정 파장을 선택적으로 침투 여기, 410 nm 빛 샘플에 조명입니다. Ag와 티 오 2의 구성 된 hyperlens 410 nm 파장에서 고성능을 있다. 시뮬레이션 결과 ( 그림 2c) 410 nm 빛에서 하이퍼볼릭 분산 관계식을 만족 하는 hyperlens의 성능을 보여준다.
  4. 는 고배율 기름 침수 렌즈를 선택합니다. 높은-품질 CCD 카메라는 이미지를 사용 하 여.
    참고:이 광학 설정을 그냥 둔다 금지를dpass 410 nm 파장의 빛 밖으로 정렬 하려면 빛 조명 경로에 필터. 빛의 특정 파장 백색 광을 사용 하지 않고 샘플에 조명 될 수 있지만 일반 실험실, 광학 현미경 밝은 필드 또는 형광 이미징 통해 샘플의 관찰에 대 한 화이트 라이트 소스 있을 수 있습니다.
  5. 대물 렌즈에 침수 오일 한 방울을 놓습니다. 샘플 단계 및 캡처 이미지에는 hyperlens 배치.
    참고: 내접된 나노 크기의 개체는 hyperlens의 내부 표면에 410 nm 빛으로 조명 될 수 있습니다. Hyperlens와 나노 크기의 개체 확대 및 대물 렌즈에 의해 체포 되며 CCD 카메라에 의해 촬영.

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Representative Results

하위 회절 기능 해결 hyperlens 장치 수와 높은-품질 제조의 균일성에 의존 합니다. 여기는 hyperlens Ag와 티 오2 교대로 입금의 다층 구성 됩니다. 그림 2a 는 잘 만들어진된 hyperlens17의 SEM 이미지를 보여 줍니다. 횡단면 이미지 Ag와 Ti3O5 박막의 다층 반구형 석 영 기판에 균일 한 두께와 입금 됩니다 보여 줍니다. 마지막 hyperlens 구조체의 표면 거칠기는 1.5 nm 제곱 (r.m.s).

우리 티 오2 대신 사용 Ti3O5 를 유 전체로 있기 때문에 두 재료는 높은 굴절율 2 이상, 실버 스택 때 효과적인 하이퍼볼릭 분산을 일으키. Ag와 티 오2 의 구성 된 hyperlens 410에서 뛰어난 성능에는 프로토콜에서 설명 했 듯이, nm Ag와 티 오2 의 누적된 다층의 분산 관계는 그림된 그림 2b로 하이퍼볼릭 분산 곡선이 있기 때문에 . 원칙적으로, 높은 공간 wavevector 구성 요소와 파도 hyperlens의 레이디얼 방향에 따라 같은 쌍곡선 매체에 전파 수 있습니다. 즉, 기존의 광학 캡처할 수 수 없습니다, 높은-주파수 구성 하는 데 작은 기능 멀리-필드는 hyperlens 통해 전파 수 있습니다. 그림 2 c 유한 요소 (FEM) 시뮬레이션 도구를 사용 하 여 hyperlens에서 시뮬레이션된 필드 분포를 보여 줍니다. 디자인, 소재 속성 및 시뮬레이션 모델의 내접된 nanostructures 조작된 hyperlens의 그들과 동일 하 게 설정 됩니다. 두 구멍 50 nm 직경에서 150의 거리와 크롬 레이어 새겨 있다 nm. hyperlens의 상단 410 nm 빛에 의해 조명 되 고는 hyperlens에서 빛 배율을 내부 반지름과 외부 반지름은 hyperlens의 사이 비율에 의해 결정 됩니다 개체의 확대 이미지를 포함 합니다. 하위 diffraction 제한 개체의 확대 이미지는 기존의 렌즈에 의해 점령 하 고 몇 군데 수 있습니다.

hyperlens을 사용 하 여 회절 무제한 이미지의 측정은 간단한 광학 시스템을 통해 수행 됩니다. 그림 3a hyperlens 이미징 시스템의 회로도 보여준다. 약간의 차이와 메인프레임으로 전통적인 현미경 검사 법을 사용할 수 있습니다. 조명 경로 전송 형식이 고 화이트 라이트 소스는 적절 한 대역 통과 필터와 함께 배치 됩니다. 조명 빛은 콘덴서 또는 초점 렌즈에 의해 수집 하 고 개체 평면에 전달. 샘플은 hyperlens 이미징 시스템, 샘플은 기존의 광학 현미경에 슬라이드 유리에 배치 하는 동안에 hyperlens의 내부 표면에 배치 됩니다. 개체는 hyperlens에서 조명, 그리고 이미지는 다음에 hyperlens를 통해 전파. 마지막으로, 이미지는 렌즈와 CCD 카메라에 의해 캡처됩니다. Hyperlens을 구현 하는 광학 시스템 그림 3b에 표시 됩니다. 소스 필터, 등 간단한 추가 구성 요소는 hyperlens 기존의 현미경 시스템에 쉽게 구현할 수 있습니다.

실제 이미지는 hyperlens을 통해 캡처되는 그림 4에 나와 있습니다. 그림 4a 4 d 묘사 구멍 및는 hyperlens의 크롬 층에 새겨진 선으로 구성 된 하위 파장 구조의 SEM 이미지의 두 세트와. 간격 크기는 각각의 경우에서 160-180 nm에서. 기존의 현미경 검사 법, 회절 한계 때문에이 하위 회절 구조를 확인할 수 없습니다. 다른 한편으로, 작은 기능에 hyperlens와 함께 명확 하 게 해결 됩니다. 그림 4b 그리고 4e hyperlens 기반 시스템을 사용 하 여 얻은 광학 이미지를 표시 하 고 cross-sectioned 강도 프로필 (빨간색 파선) 그림 4 c 및 4 층, 각각 표시 됩니다. 횡단면 강도 그래프 표시 363 및 346 nm (그림 4c)의 분판 및 333 nm (그림 4 층), 각각, 2.1의 확대에 따라는 hyperlens의 내부 및 외부 반경 사이의 비율.

Figure 1
그림 1: Hyperlens 제조 프로세스의 도식. () 제조 시작 정제 된 석 영 웨이퍼의 준비 합니다. (b) 석 영 웨이퍼에 크롬 레이어 100 nm 두꺼운 전자 빔 증발 시스템에 의해 입금 됩니다. (c)는 습식 에칭 과정, 50 nm 직경의 구멍에 대 한 마스크 패턴을 밀링 시스템은 거짓말을 사용 하 여 크롬 레이어에 패턴입니다. (d) 등방성 습식 에칭 과정 크롬 레이어를 사용 하 여 수행 됩니다. 반구형 모양의 석 영 웨이퍼에 형성 된다. (e) 크롬 층의 제거는 크롬 현상으로 이루어집니다. (f) 반구형 표면에 Ag와 티 오2 15의 두께 또는 예금의 다층 이다 nm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 2
그림 2: 제조 및 시뮬레이션 결과 Hyperlens의. () Cross-sectioned SEM 이미지 조작된 hyperlens의. Ag와 티 오2 15 nm 두께 각 계층은 잘 입금, 균일성, 그리고 최종 hyperlens의 거칠기 미만 1.5 r.m.s. 이 그림은 참조17에서 수정 되었습니다. (b) Isofrequency hyperlens (녹색 선)와 등방성 매체 (보라색 라인)의 윤곽선. hyperlens까지 필드를 높은 주파수 구성 요소 (작은 기능, 컷오프 값 보다 더 높은)를 전파할 수 있는 분산 관계의 쌍곡선 모양이 하고있다. 그러나, 등방성 매체 같은 기존의 광학 원형 분산 관계 있으며 컷오프 주파수 전파 수 없습니다. (c)는 hyperlens의 시뮬레이션 결과. 결과 작은 기능 hyperlens 내부 표면 내부에서 자기장 분포를 보여 줍니다. Sub-diffractional 개체는 확대 하 고 멀리 필드는 hyperlens 통해 전파. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 3
그림 3: Hyperlens 구현 이미징 시스템 회로도. () A 광대역 화이트 라이트소스는 샘플을 조명 하는 데 사용 됩니다. 빛 대역 통과 필터를 통과 하 고 빛의 특정 파장 선택 됩니다. 여기, 410 nm 빛 조명 빛으로 사용 됩니다. hyperlens 구현 됩니다 쉽게 개체 비행기 및 렌즈와 CCD 카메라를 통해 하는 hyperlens에 있는 작은 개체 캡처. (b) 이미징 시스템 Hyperlens 구현. 기존의 거꾸로 현미경 신체는 메인프레임으로 사용 되 고 있는 hyperlens 슈퍼 해상도 이미징에 대 한 추가 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 4
그림 4: 제작 결과 및 Hyperlens17 의 시뮬레이션 결과 . () SEM 이미지 선 구조에 의해 분리 된 두 개의 점 개체의. 각 도트는 180의 거리 및 160 nm. (b) 광학 이미지는 hyperlens를 통해 캡처. 작은 개체는 hyperlens에서 확대 하 고 캡처한. 하위 회절 제한 된 기능으로 해결 됩니다. (c) 빨간색 파선 따라 cross-sectioned 강도 프로 파일 측정 됩니다. 횡단면 강도 프로필 표시 363 346 nm의 분판. (서로 다른 세 개의 점 160, 170, 180 nm와 다른 개체의 d) SEM 이미지. (e) 광학 이미지는 hyperlens를 통해 캡처. (f) (e)에 빨간색 파선의 Cross-sectioned 강도 프로필. 횡단면 강도 프로필 표시 333의 분리 nm. 프로 파일 단면 강도 hyperlens의 2.1 X 배율 인수에 해당합니다. 이 그림은 refefence17에서 수정 되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

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Discussion

세 가지 주요 단계를 포함 하는 hyperlens의 제조: 금속과 유 전체 다층 전자 빔 증발 시스템을 사용 하 여 및 새 스태킹 습식 에칭 과정을 통해 석 영 기판으로 반구형 형상을 정의 Cr 레이어에 개체입니다. 가장 중요 한 단계가입니다, 두 번째는 hyperlens의 품질에 크게 영향을 미칠 수 있기 때문. 박막 증 착 과정에서 분명 슈퍼 해결된 이미지에 대 한 특별 한 주의 필요로 하는 두 조건이 있습니다. 중요 한 문제 중 하나는 다중의 등각 비 증 착 완벽 한 구면 모양에서 편차를 리드입니다는 다층 conformally 스태킹. 경우 필름 증 착은 센터에서 필름 두께 충분히 느린 반구형 기하학의 가장자리에서 전자 빔 증발의 각도 특성상 다 하는 경향이 있다. 공간적으로 다른 필름 두께 공간 의존 확대 하 고 이미지 왜곡. 따라서, 필름 증 착 속도로 천천히 가능한 (미만 0.1 nm/s) 등각 다층 달성 되어야 합니다.

거친 표면 산란의 확률을 증가 때문에 불완전 한 이미지 밖으로 가져올 수 있는 또 다른 가능한 요인 표면 거칠기입니다. 그것은 높은 표면 에너지 물자의 얇은 층의 포함은18의 여과 대폭 감소 일로 효과 보고 되었습니다. 여기, 티 오2 레이어 일로 물자로 작동합니다. 실버 티 오2 층에 평소 보다 아첨이 어 경향이 있다. 또한, 진공 상태는 짝수와 부드러운 다층에 대 한 10-7 Torr 증 착 과정을 통하여 이어야 한다. 전자 빔 증발 하는 동안은의 덩어리는 표면 러프를 만들 수도 있습니다. 덩어리는 낮은 온도에서 표시 되지 않습니다, 때문에 액체 질소에 의해 제어 하는 저온 조건에서 필름 증 착을 수행할 수 있습니다. 박막 증 착, 후 우리는 매끄러운 표면을 AFM을 사용 하 여 조립 구조의 표면 거칠기 시험 하 고 확인 표면 거칠기 보다 1.5 nm.

모든 세 가지 조건을 신중 하 게 제어 하 고, 경우에 완벽 한 이미지는 이상적인 제작 에서도 얻을 수 없습니다. 첫째, 시스템과 마찬가지로 어떤 다른 전통적인 광학, hyperlens 기반 광학 시스템, hyperlens 및 기존의 높은 나 광학을 포함 하는 둥근 착오 등 기존의 착오. 또한, 비록 구형 구조는 hyperlens의 unpolarized 빛 아래에서 2 차원 슈퍼 해상도 영상 사용, 구면 기하학 착오를 상승을 제공 합니다. 예를 들어 개체에 두 개의 구멍 및 Cr 층에 슬릿으로 구성 된다 때 그들은 같은 개체 평면에 않습니다. 따라서, 개체 중 하나 동안 다른 초점에 있을 수 있습니다. 이 부분 초점 또한 샘플의 부조화와 후속이 나 이미징의 광 축에서 기인한 다. 이 공간 의존 해상도 외 추가 흐리게 조명 빛에 잔여 일관성에서 비롯 된 프린지 효과 관찰 했다.

또한, 효과적인 중간 근사의 붕괴는 해상도 제한합니다. 파도 그 가로 파동 벡터 구성 요소 진공 파장에 비해 너무 크면는 hyperlens에서 효과적인 파장 작아집니다 고 언젠가 필름 두께에 비교 된다. 따라서, 효과적인 중간 근사 유효 하지 않습니다 더 이상. 효과적인 파장 여기서 d 층의 두께 2d, 접근, 분산 곡선 쌍곡선 모양에서 상당히 일탈 하 고 파도 전파할 수 없습니다. 이 제한 이내 해상도 nm 여기에 표시 된 특정 hyperlens 기반 시스템에 대 한. 우리는 또한, 그는 hyperlens까지 필드에서 이미지를 제공, 비록 개체에에서 배치 되어야 합니다 근처-필드 언급 한다. 그렇지 않으면, 하위 회절 기능을 들고 사라져 파도 하이퍼볼릭 매체를 도달할 수 없습니다.

hyperlens의 해상도를 기본 제한에도 불구 하 고 우리는 hyperlens의 원활 하 고 완벽 한 구형 구조를 흉내 낸에 의해 이미징 품질 향상에 성공 했다. 부드러운 인터페이스는 등각 구조 공간 의존 수 차 감소 하는 동안 낮은 분산 및 적은 이미지 왜곡을 보장 합니다. 또한, 이후 특별 한 분산 관계에서 유래 하는 hyperlenses를 사용 하 여 슈퍼 해상도 이미징, 형광 또는 확률적 방법 같은 다른 복잡 한 메커니즘을 사용 하 여 무료입니다. 따라서, 한 hyperlens 후 처리를 필요로 하지 않습니다 그리고 실시간 이미징이 가능. 그것은 또한 복잡 한 실험 구성 요소 같이 기존 광학 설치와 쉽게 통합 될 수 있는 광학 모듈으로 일하고 포함 하지 않는다. 또한, 두께가 나노미터 스케일에 제어할 수 있는 다양 한 자료, 스택 박막 프로세스를 사용할 수 있습니다. 따라서, 다른 파장 정권에서 일 hyperlens 다른 재료를 사용 하 여 날조 될 수 있다.

여기, 우리는 hyperlens 및 이미징에 대 한 그것의 광학 설치의 제조 프로세스 제시. 우리는 또한 실험적으로 실시간 hyperlens 기반 광학 시스템을 사용 하 여 레이블 없는 하위 회절 이미지를 보고 합니다. hyperlens는 단순 구면 기하학, 이미징 환경에서 제약을 줄이기 위해 다른 자유도 있다. 예를 들어 우리는 확장 가능한 제조 방법을 채택 하 여 실용성을 향상 하거나 체 외에 이미징 응용 프로그램 수 있도록 제작에 추가 단계를 추가 하 여 그 다양성을 확장 수 있습니다. Hyperlenses 사용 하 여 실시간으로 나노 스케일에서 발생 하는 생물 역학을 관찰 하는 과학자를 허용할 것 이다. 그것은 생물학, 의학, 재료 공학 등 다양 한 응용 프로그램에 사용 하기 위해 슈퍼 고해상도 이미징 플랫폼의 차세대 여겨질 수 있다.

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Disclosures

저자 들은 아무 경쟁 금융 관심사 선언 합니다.

Acknowledgements

이 작품은 영 조사 프로그램 (NRF-2015R1C1A1A02036464), 공학 연구 센터 프로그램 (NRF-2015R1A5A1037668) 및 글로벌 프론티어 프로그램 (CAMM-2014M3A6B3063708)에 의해 재정적으로 지원, M.K., S.S., I.K. 인정 글로벌 박사 과학기술부, 정보 통신 및 미래 계획 (MSIP) 한국 정부에 의해 자금 한국 국립 연구 재단 (NRF) 부여를 통해 장학 (NRF-2017H1A2A1043204, NRF-2017H1A2A1043322, NRF-2016H1A2A1906519).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Focused Ion Beam milling machine FEI Helios Nanolab G3 CX
E-beam evaporation system Korea Vacuum Tech KVE-E4000
Scanning electron microscopy Hitachi SU6600
Inverted microscopy Zeiss Axiovert 200
Light source EXCELITAS Technologies X-Cite 110 LED
Band pass filter Chroma ET405/30M
Objective lens Zeiss Plan-Apochromat NA=1.3, 100X
CCD camera Andor Zyla 4.2
Quartz wafer CORNING Fused Silica Corning 7980
Buffered oxide etchant J.T Baker TM J.T.Baker 5175
Photoresist AZ electronic materials GXR-601 PR
Chromium etchant SIGMA-ALDRICH 651826
Aceton J.T Baker TM UN1090
Isopropyl alcohol J.T Baker TM UN1219
FEM simulation tool COMSOL 5.1 Multiphysics

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References

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